Atık Isı Kaynaklarından Yararlanan Espoo için Yüksek Oranda Yenilenebilir Bölgesel Isıtma

Özet

Bölgesel ısıtma işletmecisi Fortum ve Espoo şehri, kömürü bırakıp yenilenebilir kaynak payını 2029'a kadar %95'e çıkarma hedefi koydu. Fortum büyük bir veri merkezinden atık ısıyı kullanmayı düşünüyor. Çalışma bu hedef için fizibiliteyi ve gereken atık ısı miktarını inceliyor. İki işletme stratejisi sunuluyor: marjinal maliyet tabanlı ve atık ısı kullanımını önceleyen strateji; her biri üç elektrik fiyatı senaryosuyla modellendi. Veri merkezinin düşük sıcaklıklı atık ısısı ısı pompalarıyla yükseltilmeli olduğundan elektrik fiyatı fizibiliteyi önemli ölçüde etkiliyor.

Espoo DH şebekesi Espoo ve komşu şehirlerdeki nüfusun %80'inden fazlasına hizmet veriyor, toplam yıllık ısı talebi yaklaşık 2,6 TWh. Zaten bağlı atık ısı kaynakları arasında Espoo hastanesi (1,5 MW) ve bir Ericsson veri merkezi (2,8 MW) var, Espoo'da 100 MW'lık bir veri merkezi planlanmıştı. Isı geri kazanım ısı pompası COP'si veri merkezi soğutma sistemine bağlı: tam sıvı soğutma ısıyı 50-60 °C'de COP 6,3'e kadar, karışık hava-sıvı COP 5,5 ve hava soğutmalı sistemler 4,1 ile geri kazanıyor.

En yüksek elektrik fiyatı senaryosunda marjinal maliyet dağıtımıyla %95 yenilenebilire ulaşmak için 200 MW veri merkezi ısı pompası kapasitesi gerekiyor; atık ısı önceliklendirilirse 150 MW. Yatırım analizi 20 yıllık ısı pompası ömrü varsaydı; yatırım iki düşük elektrik fiyatı senaryosunda uygun, ancak en yüksek fiyatta bu ömürde NPV negatif. Atık ısı yılın tamamında temel yüke uygun; tepe yalnızca ısı kazanlarının yerine koymaya zayıf uyuyor ve %95 yenilenebilir için gereken kapasite zaten yaz asgari talebini aşıyor.

Sonuç: atık ısı önceliği daha yüksek üretim maliyeti getiriyor ama hedefe ulaşmak için daha az kapasite gerektiriyor; yüksek elektrik fiyatları ısı pompası ekonomisini zayıflatıyor. Sıvı soğutma ve düşük sıcaklıklı bölgesel ısıtma atık ısı kullanımını iyileştirirdi. Sınırlar: tek bir şehir ve işletme sistemi için modelleme, sonuçlar Espoo şebekesine ve Fortum varlıklarına bağlı.

Öne çıkan noktalar

1. Espoo DH şebekesi Espoo ve komşu şehirlerdeki nüfusun %80'inden fazlasına hizmet veriyor; toplam yıllık ısı talebi yaklaşık 2,6 TWh.
2. Zaten bağlı atık ısı kaynakları: Espoo hastanesi (1,5 MW) ve bir Ericsson veri merkezi (2,8 MW); Espoo'da 100 MW'lık bir veri merkezi planlanmıştı.
3. Isı geri kazanım ısı pompası COP'si soğutma sistemine bağlı: tam sıvı soğutma 50-60 °C'de COP 6,3'e kadar, karışık hava-sıvı COP 5,5, hava soğutmalı 4,1.
4. En yüksek elektrik fiyatı senaryosunda marjinal maliyet dağıtımıyla %95 yenilenebilir için 200 MW veri merkezi ısı pompası kapasitesi gerekiyor; atık ısı önceliklendirilirse 150 MW.
5. Yatırım analizi 20 yıllık ısı pompası ömrü varsaydı; yatırım iki düşük elektrik fiyatı senaryosunda uygun, en yüksek fiyatta NPV negatif.
6. Veri merkezi atık ısısı temel yüke uygun, tepe ısı kazanlarının yerine koymaya zayıf uyuyor; %95 yenilenebilir için gereken kapasite zaten yaz asgari talebini aşıyor.

Tasarımda kullanımı

• Veri merkezi atık ısısı satışında ısı pompası COP'sini soğutma türüne göre belirleyin (tam sıvı 6,3, karışık 5,5, hava soğutmalı 4,1) ve elektrik fiyatı duyarlılığını fizibilite çalışmasına ekleyin.
• Atık ısı kapasitesini yaz asgari talebine göre kontrol edin; gereken kapasite yaz asgari talebini aşıyorsa kullanım sınırlanır ve tepe kazanlarının yerine geçemez.
• Sıvı soğutma (50-60 °C geri kazanım) ve düşük sıcaklıklı bölgesel ısıtmayı atık ısı kullanımını iyileştiren tasarım seçenekleri olarak değerlendirin.

Kimler okumalı

Veri merkezi atık ısısını bölgesel ısıtma sistemlerine entegre etmeyi planlayan işletmeciler, planlamacılar ve veri merkezi tasarımcıları.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Malzeme ve yöntemler (2.1 Dış etkenler, 2.2 Isı pompaları, 2.3 Satın alınan ısı, 2.4 Varsayımlar, 2.5 Yatırım analizi)
3. 3. Sonuçlar (marjinal maliyet stratejisi, 3.2 Atık ısıyı önceleyen işletme stratejisi, 3.3 Yakıt tüketimi, 3.4 Yatırım analizi)
4. 4. Tartışma (4.1 %95 yenilenebilir üretim hedefine ulaşılabilir, 4.3 Atık ısı Espoo'da kış tepe üretiminin yerini alamaz, 4.5 Sıvı soğutma ve düşük sıcaklıklı DH atık ısı kullanımını iyileştirir, 4.6 İstihdam BT sektörüne kayar)
5. 5. Sonuçlar

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Pauli Hiltunen; Sanna Syri

Yayıncı

Energies (MDPI AG)

Yıl

2020

Cilt

13

Sayı

14

Sayfalar

3551

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/en13143551

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye